ספקטרוסקופיה

ספקטרוסקופיה בודקת ספקטרום של רמות אנרגיה או של תדרי קרינה אלקטרומגנטית, למשל תדרי אור. שיטות ספקטרוסקופיות נפוצות בכימיה, בפיזיקה ובביולוגיה, ומשמשות לזהות חומרים וללמוד על מבנהם.

המכשיר המרכזי נקרא ספקטרומטר. ברוב השיטות מפרידים את הקרינה לרכיביה לפני המדידה. ההפרדה מתבצעת על ידי סריגים, על ידי מונוכרומטור (מכשיר המגביה גל יחיד) או על ידי פריזמה ואלמנטים הולוגרפיים.

בספקטרוסקופיית פליטה, חומר מעורר פולט פוטונים כשהאטומים או המולקולות עוברים מרמת אנרגיה E1 לרמה נמוכה יותר E2. אנרגיית הפוטון מקושרת להפרש הרמות לפי hν = |E1 − E2|, ואורך הגל נתון על ידי λ = c/ν. בספקטרוסקופיית בליעה בודקים אילו אורכי גל נבלעים על ידי התווך על ידי השוואת ספקטרום לפני ואחרי המעבר.

בכימיה הפיזיקלית בוחנים את יחסי הגומלין בין חומר ואנרגיה. בכימיה אנליטית משתמשים בשיטות ספקטרומטריות כדי לזהות תרכובות לפי ההבדלים בספיגת הקרינה שלהן. בבדיקה מקרינים את הדוגמה, הגלאי קולט והמעבד מייצר גרף של הספקטרום. מכשירים אלה עובדים בסביבה אטומה לאור חיצוני, ורגישים ויקרים.

הדוגמה היא בדרך כלל נוזל או חומר מומס בנוזל. שמים את הנוזל בקיוטה (cuvette), תיבה שקופה קטנה במידות של כ‑1×1×3 ס"מ. הקיוטה עשויה קוורץ, KBr או פלסטיק שקוף, ולעיתים היא אטומה כך שרק חור קטן מאפשר מעבר קרינה.

ספקטרוסקופיית בליעה נחלקת בדרך כלל לנראה ואולטרה‑סגול, ולאינפרה‑אדום. ספקטרוסקופיית פליטה מבוססת על פלואורסצנציה, פריקת גזים או גירוי בלייזר. שיטות פיזור, כמו ראמאן ו‑Four Wave Mixing, מסתמכות על אינטראקציות בין אור וחומר. ניתן גם לאפיין חומר באמצעות שינוי מקדם השבירה תלוי אורך גל.

במיקרוביולוגיה ובביוכימיה משתמשים בספקטרוסקופיה לעיתים רבות לזיהוי עקיף של מרכיבים ובדיקות שונות. דימות תהודה מגנטית (MRI), המשמש ברפואה, נחשב גם הוא לצורת ספקטרוסקופיה.

ספקטרוסקופיה בוחנת את ה'צבעים' של האנרגיה או של האור. זה עוזר לזהות חומרים ולגלות עליהם דברים.

המכשיר שקורא את האור נקרא ספקטרומטר. הוא מפריד את האור לחלקים שלו בעזרת סריג או פריזמה. כך אפשר לראות אילו צבעים באים ואילו לא.

כשחומר פולט אור זה נקרא פליטה. זה קורה כשאטומים יורדים מרמה גבוהה לרמה נמוכה ופולטים פוטון. כשחומר סופג אור זה נקרא בליעה. בבליעה בודקים מה נשאר מהאור אחרי שעבר בדוגמה.

בכימיה משתמשים בספקטרוסקופיה כדי לזהות חומרים. את הדוגמה שמים בקיוטה (תיבה שקופה קטנה). הגלאי מודד והמחשב מציג גרף של הצבעים.

בספקטרוסקופיה בפיזיקה חוקרים אור נראה, אור אולטרה‑סגול ואינפרה‑אדום. יש טכניקות של פיזור כמו ראמאן.

בחקר חיים משתמשים בספקטרוסקופיה לזיהוי חיידקים וחומרים ביוכימיים. דימות תהודה מגנטית (MRI) הוא גם סוג של ספקטרוסקופיה שמתקבל ברפואה.